RU2339832C2

RU2339832C2 - Fuel feed system

Info

Publication number: RU2339832C2
Application number: RU2006131096/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Никитович Банин (RU); Виктор Никитович Банин; Владимир Иванович Гореликов (RU); Владимир Иванович Гореликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2008-11-27
Also published as: RU2006131096A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to space engineering, particularly, to development and operation of jet engine plants of spaceships, namely to the devices designed to re-fuel spaceships in flight. The fuel feed system incorporates tanks containing fuel and oxidiser, fuel feed lines furnished with shut-off valve, a fuel tank pressurisation system comprising high-pressure cylinders communicating via pneumatic lines with the fuel tank gas chambers, shut-off valves, throttling devices, gas pressure regulators and safety valve. Note here that every fuel tank is provided with a looped pipeline connected in between the fuel tank gas chamber and the outlet from the tank liquid chamber, ahead of the shut-off valve arranged on the fuel feed line. Mind here that the aforesaid pipeline incorporates also a pressure difference pickup connected to the valve control unit.

EFFECT: higher reliability and longer life.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области космической техники, а точнее к области проектирования и эксплуатации реактивных двигательных установок (РДУ) космических летательных аппаратов (КЛА).The present invention relates to the field of space technology, and more specifically to the field of design and operation of jet propulsion systems (RDU) of spacecraft (KLA).

Системы подачи топлива используются в современных РДУ КЛА, применяемых для создания импульсов тяги, необходимых как для перемещения центра масс КЛА (коррекция траектории движения, торможения КЛА для обеспечения его схода с орбиты), так и для создания управляющих моментов относительно его центра масс (ориентация, развороты и т.д.). Импульсы тяги для различных режимов управления аппаратом в пространстве создаются с помощью имеющихся на борту реактивных двигателей (РД), величины тяг которых в зависимости от их назначения изменяются в широких пределах (от нескольких сотен кгс до единиц и менее кгс). Работа указанных двигателей с заданными параметрами обеспечивается системами наддува топливных баков и подачи топлива к входам двигателей.Fuel supply systems are used in modern KLA RDUs used to create thrust impulses necessary both for moving the center of mass of the KLA (correction of the trajectory of the spacecraft, braking of the KLA to ensure its descent from orbit), and for creating control moments relative to its center of mass (orientation, U-turns, etc.). Thrust impulses for various control modes of the apparatus in space are created using jet engines (RD) on board, the thrust values of which, depending on their purpose, vary over a wide range (from several hundred kgf to units or less kgf). The operation of these engines with the specified parameters is ensured by the systems of pressurizing the fuel tanks and supplying fuel to the engine inputs.

Известны системы подачи топлива РДУ КЛА (см., например, журнал №7 «Авиация и космонавтика», М., Воениздат, 1978 г., с.36, 37, рис.2). Системы подачи топлива содержат топливные баки горючего и окислителя, магистрали подачи топлива с пускоотсечными клапанами и системы наддува топливных баков, включающие баллоны высокого давления, связанные пневмомагистралями с газовыми полостями топливных баков и установленные на них пускоотсечные клапаны, газовые редукторы, сигнализаторы и датчики давления. Баллоны высокого давления заполнены газом, например азотом, и служат для обеспечения выдавливания топлива из топливных баков и подачи его к РД РДУ КЛА.Known fuel supply systems of the KLU RDU (see, for example, magazine No. 7 "Aviation and Cosmonautics", M., Military Publishing House, 1978, p. 36, 37, Fig. 2). Fuel supply systems contain fuel and oxidizer fuel tanks, fuel supply lines with shut-off valves, and fuel tank pressurization systems, including high-pressure cylinders, connected pneumatic lines to gas cavities of fuel tanks, and shut-off valves, gas reducers, signaling devices, and pressure sensors installed on them. High-pressure cylinders are filled with gas, such as nitrogen, and serve to ensure the extrusion of fuel from the fuel tanks and supply it to the taxiway RD KLA.

Общими недостатками известных аналогов системы подачи топлива являются низкая надежность и небольшой ресурс работы системы.Common disadvantages of the known analogues of the fuel supply system are low reliability and a small resource of the system.

Известна также система подачи топлива РДУ КЛА (см., например, патент России №2143579 с приоритетом от 31.08.1998, МПК F02K 9/50), выбранная в качестве прототипа, содержащая топливные баки горючего и окислителя, магистрали подачи топлива с пускоотсечными клапанами и систему наддува топливных баков, включающую баллоны высокого давления, связанные пневмомагистралями с газовыми полостями топливных баков, и установленные на пневмомагистралях пускоотсечные клапаны, дроссельные устройства, газовые редукторы и предохранительные клапаны.The KLA RDU fuel supply system is also known (see, for example, Russian patent No. 2143579 with a priority of 08/31/1998, IPC F02K 9/50), selected as a prototype, containing fuel tanks for oxidizer and fuel, fuel supply lines with shut-off valves and a system for pressurizing fuel tanks, including high-pressure cylinders connected by pneumatic lines to the gas cavities of the fuel tanks, and start-off valves, throttling devices, gas pressure regulators and safety valves installed on the pneumatic lines.

В таких системах выдавливание топлива из топливных баков производят газом, например гелием или азотом, закачанным в баллоны высокого давления на Земле перед стартом. Топливо из топливных баков поступает по магистралям подачи к потребителю, например к РД. В процессе работы системы подачи топлива она не имеет контроля перепада давления между газом наддува в газовой полости бака и топливом, в результате чего отсутствует возможность регулировать и стабильно поддерживать допускаемый перепад давления в полостях топливного бака, что ведет к снижению надежности и долговечности системы подачи топлива.In such systems, fuel is squeezed out of the fuel tanks by gas, for example helium or nitrogen, which is pumped into high-pressure cylinders on Earth before launch. Fuel from the fuel tanks enters the supply lines to the consumer, for example to taxiway. During operation of the fuel supply system, it does not have a differential pressure control between the boost gas in the gas cavity of the tank and the fuel, as a result of which it is not possible to regulate and stably maintain the allowable differential pressure in the cavities of the fuel tank, which leads to a decrease in the reliability and durability of the fuel supply system.

Недостатками прототипа системы подачи топлива, также как и у аналогов, являются невысокая надежность и недолговечность системы.The disadvantages of the prototype fuel supply system, as well as analogues, are the low reliability and fragility of the system.

Задачей настоящего изобретения является создание системы подачи топлива, например, РДУ КЛА, которая обладала бы повышенной надежностью и долговечностью.The present invention is the creation of a fuel supply system, for example, RD KLA, which would have increased reliability and durability.

Это достигается тем, что в системе подачи топлива каждый топливный бак снабжен закольцовочным трубопроводом, снабженным датчиком перепада давлений между газом наддува и топливом.This is achieved by the fact that in the fuel supply system each fuel tank is equipped with a loop pipe equipped with a differential pressure sensor between the boost gas and the fuel.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе подачи топлива, содержащей топливные баки горючего и окислителя, магистрали подачи топлива с пускоотсечными клапанами и систему наддува топливных баков, включающую баллоны высокого давления, связанные пневмомагистралями с газовыми полостями топливных баков, и установленные на пневмомагистралях пускоотсечные клапаны, дроссельные устройства, газовые редукторы и предохранительные клапаны, каждый топливный бак снабжен закольцовочным трубопроводом, включенным между входом в газовую полость топливного бака и выходом из его жидкостной полости перед пускоотсечным клапаном, установленным на магистрали подачи топлива, причем в закольцовочный трубопровод встроен датчик перепада давлений, электрически подключенный к блоку управления клапанами.The essence of the invention lies in the fact that in the fuel supply system containing fuel tanks of fuel and oxidizer, the fuel supply line with start-off valves and the system of pressurization of fuel tanks, including high-pressure cylinders connected by pneumatic lines to the gas cavities of the fuel tanks, and start-off valves installed on the pneumatic lines , throttling devices, gas gears and safety valves, each fuel tank is equipped with a loop pipe connected between the gas inlet the cavity of the fuel tank and the exit from its liquid cavity in front of the start-off valve installed on the fuel supply line, and a differential pressure sensor integrated in the loop pipe is electrically connected to the valve control unit.

Техническое решение в части снабжения каждого топливного бака закольцовочным трубопроводом, включенным между входом в газовую полость топливного бака и выходом из его жидкостной полости перед пускоотсечным клапаном, установленным на магистрали подачи топлива, подключения к блоку управления клапанами датчика перепада давления, встроенного в закольцовочный трубопровод, который контролирует закрытие (открытие) пускоотсечных клапанов, регулируя подачу газа и отбор (подачу) топлива из топливных баков, обеспечивая сохранность перекладных мембран и, как следствие, нормальную работу РД, при этом обеспечивается повышение надежности и долговечности системы подачи топлива, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.The technical solution in terms of supplying each fuel tank with a loop pipe connected between the entrance to the gas cavity of the fuel tank and the outlet from its liquid cavity before the start-cut valve installed on the fuel supply line, connects to the valve control unit a differential pressure sensor built into the loop pipe, which controls the closing (opening) of shut-off valves, regulating the gas supply and selection (supply) of fuel from the fuel tanks, ensuring the safety membranes and as a result, normal operation RD, while providing higher reliability and durability of the fuel supply system, which is confirmed by tests of prototypes made using the proposed technical solutions.

Использование предлагаемой системы подачи топлива, например, на космическом орбитальном комплексе типа «МКС» - «Прогресс» - «Шаттл» позволит дать значительный экономический эффект за счет повышения надежности и долговечности системы.Using the proposed fuel supply system, for example, on a space orbital complex of the “ISS” - “Progress” - “Shuttle” type, will allow to give a significant economic effect by increasing the reliability and durability of the system.

Суть изобретения поясняется чертежом. Предлагаемая система подачи топлива состоит из следующих основных узлов, деталей и агрегатов: топливных баков горючего 1 и окислителя 2, магистралей подачи топлива 3, 4 с пускоотсечными клапанами 5, 6 и систему наддува топливных баков, включающую баллоны высокого давления 7, 8, связанные пневмомагистралями 9, 10 с газовыми полостями 11, 12 топливных баков 1, 2 и установленные на пневмомагистралях 9, 10 пускоотсечные клапаны 13, 14 и 15, 16, например моторные или электромагнитные клапаны, дроссельные устройства 17, 18, газовые редукторы 19, 20 и предохранительные клапаны 21, 22. Каждый топливный бак 1(2) снабжен закольцовочным трубопроводом 23(24), включенным между входом 25(26) в газовую полость 11(12) топливного бака 1(2) и выходом 27(28) из его жидкостной полости 29(30) перед пускоотсечным клапаном 5(6), установленным на магистрали подачи топлива 3(4). В закольцовочный трубопровод 23(24) встроен датчик перепада давлений 31(32), например, типа ИКД27ДФ-3,0, электрически подключенный к блоку управления клапанами 33. Выдавливаемое посредством перекладных мембран 34, 35 топливо (горючее и окислитель) из топливных баков 1, 2 подается к потребителю, например к реактивным двигателям 36. Пускоотсечной клапан 37 установлен на перепускной магистрали, сообщающей пневмомагистрали 9, 10, и предназначен для обеспечения перераспределения газа между пневмомагистралями 9, 10.The essence of the invention is illustrated in the drawing. The proposed fuel supply system consists of the following main units, parts and assemblies: fuel tanks 1 and oxidizer 2, fuel supply lines 3, 4 with shut-off valves 5, 6 and a pressurization system for fuel tanks, including high-pressure cylinders 7, 8 connected by pneumatic lines 9, 10 with gas cavities 11, 12 of the fuel tanks 1, 2 and installed on the pneumatic lines 9, 10 start-off valves 13, 14 and 15, 16, for example motor or electromagnetic valves, throttle devices 17, 18, gas gears 19, 20 and safety valves 21, 22. Each fuel tank 1 (2) is equipped with a loop pipe 23 (24) connected between the inlet 25 (26) of the gas cavity 11 (12) of the fuel tank 1 (2) and the outlet 27 (28) of its liquid cavity 29 (30) in front of the start-off valve 5 (6) installed on the fuel supply line 3 (4). A differential pressure sensor 31 (32) is integrated in the loop pipe 23 (24), for example, type IKD27DF-3.0, electrically connected to the valve control unit 33. Fuel (fuel and oxidizer) squeezed out by means of transfer membranes 34, 35 from the fuel tanks 1 , 2 is supplied to the consumer, for example, to jet engines 36. The start-off valve 37 is installed on the bypass line communicating the pneumatic lines 9, 10, and is designed to provide redistribution of gas between the pneumatic lines 9, 10.

Работает система подачи топлива следующим образом. Для выдавливания и подачи топлива к реактивным двигателям 36 из топливных баков горючего 1 и окислителя 2 открывают пускоотсечные клапаны 13, 14 и 15, 16, и газ, например гелий, из баллонов высокого давления 7, 8 под высоким давлением (порядка 350 кгс/см²) проходит через дроссельные устройства 17, 18, где в результате дросселирования газа давление понижается порядка до 30 кгс/см² и подается в газовые редукторы 19, 20, которые понижают давление до заданного и необходимого (порядка 10 кгс/см²) для выдавливания топлива посредством перекладных мембран 34, 35 из топливных баков 1, 2 и подачи через магистрали подачи топлива 3, 4 к РД 36, при этом пускоотсечные клапаны 5, 6 открывают.The fuel supply system operates as follows. To extrude and supply fuel to the jet engines 36 from the fuel tanks of the fuel 1 and oxidizer 2, the start-off valves 13, 14 and 15, 16, and gas, for example helium, are opened from high-pressure cylinders 7, 8 under high pressure (about 350 kgf / cm ² ) passes through the throttling devices 17, 18, where as a result of gas throttling, the pressure decreases to about 30 kgf / cm ² and is supplied to gas reducers 19, 20, which reduce the pressure to a predetermined and necessary (about 10 kgf / cm ² ) for extrusion fuel through transfer membranes 34, 35 of tidal tanks 1, 2 and flows through the fuel supply pipe 3, 4 to RD 36, wherein puskootsechnye valves 5, 6 is opened.

В процессе работы системы подачи топлива датчики перепада давления 31, 32, рассчитанные на заданный (допускаемый) перепад давления между газом наддува и топливом, например, не более 2 кгс/см², осуществляют контроль, и по сигналу от них (при превышении допускаемого перепада давления) блок управления клапанами 33 подает команду на полное или частичное закрытие (открытие) пускоотсечных клапанов 15, 16 и 5, 6, таким образом, регулируя подачу газа и отбор (подачу) топлива из топливных баков 1, 2, обеспечивая сохранность от повреждений перекладных мембран 34, 35 и нормальную работу РД 36, что повышает надежность и увеличивает ресурс работы системы.During the operation of the fuel supply system, differential pressure sensors 31, 32, designed for a given (permissible) pressure drop between the boost gas and fuel, for example, not more than 2 kgf / cm ² , monitor and signal from them (when exceeding the allowable differential pressure) the valve control unit 33 instructs the full or partial closing (opening) of the shut-off valves 15, 16 and 5, 6, thus, regulating the gas supply and the selection (supply) of fuel from the fuel tanks 1, 2, ensuring the safety against damage membranes 3 4, 35 and the normal operation of RD 36, which increases reliability and increases the life of the system.

Claims

Fuel supply system containing fuel and oxidizer fuel tanks, fuel supply lines with shut-off valves and fuel tank pressurization system, including high-pressure cylinders connected by pneumatic lines with gas cavities of fuel tanks, and start-off valves installed on pneumatic lines, throttle devices, gas reducers and safety valves valves, characterized in that each fuel tank is equipped with a loop pipe connected between the entrance to the gas cavity of the fuel tank and exit from its liquid cavity in front of the start-off valve installed on the fuel supply line, and a differential pressure sensor integrated in the loop pipe is electrically connected to the valve control unit.